DE69607727T2

DE69607727T2 - Indirect extrusion process for forming a connection support on a manifold

Info

Publication number: DE69607727T2
Application number: DE69607727T
Authority: DE
Inventors: David Michael Halbig; Jeffrey Lee Insalaco; William Marv Johnson
Original assignee: Norsk Hydro ASA
Current assignee: Norsk Hydro ASA
Priority date: 1995-12-13
Filing date: 1996-11-19
Publication date: 2000-10-26
Anticipated expiration: 2016-11-20
Also published as: EP0779114B1; AR005071A1; BR9605982A; EP0779114A2; TW408047B; JPH09314271A; EP0779114A3; US5642640A; DE69607727D1; CN1168303A; CN1079710C

Description

BACKGROUND OF THE INVENTION 1. SCOPE OF THE INVENTION

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Wärmeaustauscher, wie z. B. auf die Art, die in Klimaanlagen von Autos verwendet wird. Insbesondere bezieht sich diese Erfindung auf ein verbessertes Fließpressverfahren zum Formen von Öffnungen an einem Verteilerrohr eines Wärmeaustauschers, Verfahren bei welchem die Steigleitungen ausgehend von dem umgebenden Material des Verteilerrohrs auf solche Art und Weise durch Rückwärts-Fließpressen geformt werden, dass nachfolgende Schritte der maschinellen Bearbeitung zum weiteren Abgrenzen und Fertigstellen der Öffnung nicht notwendig sind.The present invention relates to heat exchangers, such as the type used in automobile air conditioning systems. More particularly, this invention relates to an improved extrusion process for forming apertures on a header tube of a heat exchanger, a process in which the risers are formed by reverse extrusion from the surrounding header tube material in such a manner that subsequent machining steps to further define and finish the aperture are not necessary.

2. DESCRIPTION OF THE STATE OF THE ART

Wärmeaustauscher werden in der Automobilindustrie eingesetzt als Kondensatoren und Verdampfer zur Verwendung in Klimaanlagen, in Kühlern zum Kühlen der Motorenkühlflüssigkeit und in Heizungskernstücken zum Regeln des internen Klimas. Um auf wirksame Weise das Ausmaß der Oberflächenausdehnung, die für das Übertragen von Wärme zwischen der Umgebung und einer durch den Wärmeaustauscher fließenden Flüssigkeit zur Verfügung steht, zu maximieren, entspricht die Konstruktion eines Wärmeaustauschers typischerweise dem Typ einer Röhren-und-Rippen- Ausführung, in welcher zahlreiche Rohre thermisch mit großflächigen Rippen in Verbindung stehen. Die Rippen erhöhen die Fähigkeit des Wärmeaustauschers die Wärme von der Flüssigkeit auf die Umgebung zu übertragen, oder umgekehrt. Zum Beispiel dienen Wärmeaustauscher, die in der Automobilindustrie als Kondensatoren für Klimaanlagen verwendet werden, zum Kondensieren eines verdampften Kühlmittels durch Übertragen von Wärme von dem Kühlmittel auf Luft, die über die äußeren Oberflächen des Kondensators gedrückt wird.Heat exchangers are used in the automotive industry as condensers and evaporators for use in air conditioning systems, in radiators for cooling engine coolant, and in heater cores for controlling internal climate. To effectively maximize the amount of surface area available for transferring heat between the environment and a fluid flowing through the heat exchanger, the design of a heat exchanger is typically of the tube-and-fin type, in which numerous tubes are thermally connected to large-area fins. The fins increase the ability of the heat exchanger to transfer heat from the liquid to the environment, or vice versa. For example, heat exchangers used in the automotive industry as condensers for air conditioning systems serve to condense an evaporated refrigerant by transferring heat from the refrigerant to air forced over the external surfaces of the condenser.

Ein Typ eines Wärmeaustauschers, der in der Automobilindustrie zur Anwendung kommt, wird zusammengebaut aus einer Anzahl von parallelen Rohren, die mit einem Paar von Verteilerrohren, und zwischen denselben angeordnet, verbunden sind, und die eine parallele Strömungsanordnung schaffen. Die Verteilerrohre bilden Speicher, die, was den Austausch der Flüssigkeiten anbetrifft, in Verbindung stehen mit den Rohren die durch die in den Verteilerrohren gebildeten Rohröffnungen hindurchführen. Ein oder beide Verteilerrohre umfassen eine oder mehrere Einlass- und Auslassöffnungen, durch welche ein Kühlmittel in den Wärmeaustauscher hereinkommt und ihn verlässt.One type of heat exchanger used in the automotive industry is assembled from a number of parallel tubes connected to and disposed between a pair of header tubes, creating a parallel flow arrangement. The header tubes form reservoirs which, for the exchange of fluids, communicate with the tubes passing through the tube openings formed in the header tubes. One or both header tubes include one or more inlet and outlet openings through which a coolant enters and leaves the heat exchanger.

Herkömmlicherweise sind solche Wärmeausstauscher zusammengebaut worden durch Löten oder Hartlöten der Rohre an deren entsprechende Anschlussöffnungen, die in der Form von Steigrohren oder festgelegten Öffnungen in den Wänden der Verteilerrohre vorhanden sind. Schließlich werden die Rippen bereitgestellt unter der Form von Platten mit Löchern durch welche die Rohre hindurchgeführt werden, oder in der Form von zentralen Teilen, die zwischen den benachbarten Rohrenpaaren angeordnet werden können.Traditionally, such heat exchangers have been assembled by soldering or brazing the tubes to their respective connection openings, which are in the form of risers or fixed openings in the walls of the distribution pipes. Finally, the fins are provided in the form of plates with holes through which the tubes are passed, or in the form of central parts which can be arranged between the adjacent pairs of tubes.

Das Verfahren mit Hilfe dessen die Rohröffnungen geformt werden hat des öfteren eine beträchtliche Anzahl von Verfahrensschritten mit sich gebracht, um die Anschlussöffnungen genau zu formen, derart, dass ein Minimum an Material eingesetzt wird, um eine genügend starke Verbindung für die vorgesehene Anwendung zu erzielen. Eine Art von bekannten und zum Stand der Technik gehörenden Anschlussöffnungen bei Rohren besteht in erster Linie aus einer Öffnung in der Wand des Verteilerrohres. Während das Formen von solchen Öffnungen im Allgemeinen nur einen einzelnen Stanzvorgang benötigt, besteht ein Nachteil dieser Konfiguration einer Anschlussöffnung in der minimalen Menge an Material, die zur Verfügung steht, um mit dem Rohr, das mit der Anschlussöffnung zusammengebaut wird, aneinander gekuppelt zu werden und sich mit demselben zu verbinden. Diese Unzulänglichkeit wird erheblich verschlimmert, wenn eine Abschrägung an die Anschlussöffnung hinzugefügt wird, um den Zusammenbau mit einem Rohr zu vereinfachen. Eine zweite Art der Konfiguration für Rohröffnungen, die gemäß dem Stand der Technik eingesetzt wird, überwindet diese Unzulänglichkeiten durch Anbringen eines Steigrohres oder eines Kragens, der eine wesentlich größere Menge an Material zum Einkuppeln mit dem Rohr liefert. Jedoch, Steigrohre sind schwieriger zu formen als eine einfache Öffnung in einem Verteilerrohr und sie ziehen normalerweise eine größere Anzahl von Formvorgängen nach sich. Entsprechend besteht ein Wunsch, die Schritte zu vermindern, die benötigt werden, um diese Art einer Rohröffnung zu formen. Ein solches Verfahren wird offenbart in dem U. S. Patent Nr. 4.663.812 von Clausen, abgetreten an den Abtretungsempfänger der vorliegenden Erfindung. Clausen lehrt das Formen eines längsverlaufenden Vorsprunges auf dem Verteilerrohr, welcher dann weiter geformt oder maschinell bearbeitet wird, um feste Steigrohre zu schaffen, die dann einem Umkehr-Schlagstrangpressverfahren unterworfen wurden, um rohrförmige Steigrohre zu formen.The process by which the pipe openings are formed has often involved a considerable number of processing steps to precisely form the connection openings in such a way that a minimum of material is used to achieve a sufficiently strong connection for the intended application. One type of known and prior art port openings in pipes consist primarily of an opening in the wall of the manifold pipe. While forming such openings generally requires only a single stamping operation, a disadvantage of this port opening configuration is the minimal amount of material available to couple to and bond with the pipe being assembled with the port opening. This deficiency is greatly exacerbated when a bevel is added to the port opening to simplify assembly with a pipe. A second type of pipe opening configuration employed in the prior art overcomes these deficiencies by adding a riser or collar that provides a substantially larger amount of material to couple to the pipe. However, risers are more difficult to form than a simple opening in a manifold pipe and they typically entail a greater number of forming operations. Accordingly, there is a desire to reduce the steps required to form this type of pipe opening. One such method is disclosed in U.S. Patent No. 4,663,812 to Clausen, assigned to the assignee of the present invention. Clausen teaches forming a longitudinal projection on the manifold tube, which is then further formed or machined to provide solid risers, which are then subjected to a reverse impact extrusion process to form tubular risers.

U. S. 4.663.812 offenbart ein Verfahren zum Formen einer Anschlussöffnung an einem Verteilerrohr, ausgehend von einem Verteilerrohr mit einem in demselben geformten Durchgang. Dieses Verteilerrohr wird angeordnet in der unteren Hälfte des Stempels einer ersten Spannvorrichtung, und durch Anpassen der oberen Hälfte des Stempels und eines Presswerkzeuges wird ein Teil der oberen Wand des Verteilerrohres durch Rückwärts- Fließpressen in eine Vertiefung des Presswerkzeugs gepresst, wodurch ein festes Steigrohr an dem Verteilerrohr geformt wird. Das Verteilerrohr wird dann in einer zweiten Spannvorrichtung befestigt und ein Stanzstempel wird durch die obere Hälfte der zweiten Spannvorrichtung in das feste Steigrohr hindurch geführt. Der erhöhte Teil wird durch Rückwärts-Fließpressen geformt und ein Steigrohr mit einer inneren Bohrung wird erzielt.US 4,663,812 discloses a method for forming a port on a manifold starting from a manifold having a passage formed therein. This manifold is arranged in the lower half of the Punch of a first jig, and by fitting the upper half of the punch and a pressing tool, a portion of the upper wall of the manifold tube is pressed by reverse extrusion into a recess of the pressing tool, thereby forming a solid riser on the manifold tube. The manifold tube is then mounted in a second jig and a punch is passed through the upper half of the second jig into the solid riser. The raised portion is formed by reverse extrusion and a riser with an internal bore is obtained.

Obwohl die Lehren von Clausen ein stark vereinfachtes Verfahren zum Formen von Steigrohren liefern, wäre eine weitere Vereinfachung des Verfahrens wünschenswert. Obschon Verfahren bekannt sind, mit welchen ein Steigrohr direkt aus einer dicken Wand eines Verteilerrohres geschmiedet werden kann, während das Verteilerrohr in einer einzelnen Stempelvertiefung verbleibt, erfordern solche Verfahren den Gebrauch von Stempeln, deren zugehörige äußere und innere Eigenheiten zu einer starken Abnutzung neigen. Ein solches Verfahren wird in dem U. S. Patent Nr. 5.337.477 von Waggoner gelehrt, welcher das Schmieden eines Steigrohres an einem übergroßen Verteilerrohr durch Schließen eines Paares von Stempelhälften über dem Verteilerrohr offenbart. Eine Stempelhälfte ist ausgebildet als ein Stanzstempel, um ein Fließen des Materials in eine von der zweiten Stempelhälfte geformten Vertiefung zu verursachen, derart, dass Steigrohre gleichzeitig um Kerne, die in den Kanälen in der zweiten Stempelhälfte angeordnet sind, herum fließgepresst und geformt werden. Da die Steigrohre vollständig durch den Schritt des Schließens der Stempelhälften geformt werden, muss die Stempelhälfte, die als Stanzstempel dient, sich weit genug in die Vertiefung hinein erstrecken, die durch die zugehörige Stempelhälfte geformt wird, um einen passenden Materialfluss zu gewährleisten während die Stempel geschlossen werden. Die Auflage über eine Anordnung eines eng zusammenpassenden Stanzstempels und einer entsprechenden Vertiefung zu verfügen und die sich daraus ergebenden hohen Belastungen, die beim Schließen der Stempel auftreten, erhöhen die Abnutzung der zugehörigen Stempeloberflächen beträchtlich, insbesondere aber die Abnutzung der Kanten des Stanzstempels, wenn dieser in die Vertiefung eintritt und dann mit dem Verteilerrohr in Eingriff tritt. Weil der Stanzstempel bewirkt, dass Material durch die ganze Vertiefung in Richtung der Kanäle in der zweiten Stempelhälfte fließt, kommt noch hinzu, dass eine Tendenz zu einer seitlichen Belastung der Kerne besteht, was zu der Herstellung von Steigrohren mit einer ungleichmäßigen Wanddicke führt.Although the teachings of Clausen provide a greatly simplified method for forming risers, further simplification of the process would be desirable. Although methods are known by which a riser can be forged directly from a thick wall of a manifold while the manifold remains in a single die cavity, such methods require the use of dies whose associated external and internal characteristics are prone to severe wear. One such method is taught in U.S. Patent No. 5,337,477 to Waggoner, which discloses forging a riser on an oversized manifold by closing a pair of die halves over the manifold. One die half is designed as a punch to cause material to flow into a cavity formed by the second die half such that risers are simultaneously extruded and formed around cores disposed in the channels in the second die half. Since the riser tubes are completely formed by the step of closing the die halves, the die half that serves as the punch must extend far enough into the recess formed by the corresponding die half. to ensure proper material flow as the punches are closed. The requirement to have a closely fitting punch and cavity assembly and the resulting high loads experienced when closing the punches significantly increase the wear on the associated punch surfaces, but particularly the wear on the edges of the punch as it enters the cavity and then engages the manifold. In addition, because the punch causes material to flow throughout the cavity toward the channels in the second half of the punch, there is a tendency for side loading of the cores, resulting in the production of risers with uneven wall thickness.

Aus den obigen Darlegungen kann man ersehen, dass zusätzliche Verbesserungen wünschenswert wären bei den Verfahren, die eingesetzt werden um die Anschlussöffnungen an den Rohren von Verteilern für Wärmeaustauscher zu formen. Insbesondere würden derartige Verbesserungen vorzugsweise die Anzahl der Verfahrensschritte minimieren, welche zum Formen einer Rohröffnung benötigt werden; sie müssten aber dennoch eine Anschlussöffnung ergeben, welche die Festigkeit der Verbindung bei der Anordnung von Rohr und Anschlussöffnung fördern würde.From the above, it can be seen that additional improvements would be desirable in the processes used to form the port holes on the tubes of heat exchanger manifolds. In particular, such improvements would preferably minimize the number of process steps required to form a tube hole, but would still need to provide a port hole that would promote the strength of the joint in the tube-port hole assembly.

SUMMARY OF THE INVENTION

Es ist ein Ziel dieser Erfindung ein Verfahren zum Formen einer Anschlussöffnung an einem Rohr für einen Verteiler eines Wärmeaustauschers bereitzustellen, wobei mit dem Verfahren eine minimale Anzahl an Verfahrensschritten benötigt wird, um eine fertige Anschlussöffnung zu erzeugen.It is an object of this invention to provide a method of forming a port on a tube for a manifold of a heat exchanger, the method requiring a minimal number of process steps to produce a finished port.

1 Es ist ein anderes Ziel dieser Erfindung, dass ein solches Verfahren die Festigkeit der Verbindung zwischen der Anschlussöffnung und einem Wärmeaustauscherrohr erhöhen sollte, dies durch Vergrößern der Menge an Material, das an der Anschlussöffnung zur Verfügung steht, um in Eingriff mit dem Rohr gebracht werden zu können.1 It is another object of this invention that such a method improves the strength of the connection between the port and a heat exchanger tube by increasing the amount of material available at the port to engage the tube.

Es ist ein weiteres Ziel dieser Erfindung, dass ein solches Verfahren einen Umformprozess im Innern einer geschlossenen Stempelvertiefung mit sich bringen sollte, derart, dass eine minimale Belastung während des Schließens der Stempelhälften auftritt.It is a further object of this invention that such a method should involve a forming process inside a closed die cavity such that minimal stress occurs during closing of the die halves.

Es ist ein noch anderes Ziel dieser Erfindung, dass ein solches Verfahren einen Vorgang eines Rückwärts-Fließpressens zur Folge haben sollte, Vorgang der einen örtlichen Materialfluss an der Oberfläche hervorruft, durch welchen die Anschlussöffnung auf eine solche Art geformt wird, dass die dimensionale Gleichförmigkeit der Anschlussöffnung gesteigert wird.It is yet another object of this invention that such a method should result in a backward extrusion process, a process which causes a local flow of material at the surface by which the port opening is formed in such a way that the dimensional uniformity of the port opening is increased.

Es ist noch ein anderes Ziel dieser Erfindung, dass ein Verfahren auf eine solche Art durchgeführt werden sollte, dass die Abnutzung des Stempels vermindert wird.It is yet another object of this invention that a process should be carried out in such a manner that the wear of the stamp is reduced.

In Übereinstimmung mit einer bevorzugten Ausführungsform dieser Erfindung werden diese und andere Ziele und Vorteile wie nachstehend beschrieben erzielt.In accordance with a preferred embodiment of this invention, these and other objects and advantages are achieved as described below.

Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zum Formen von Anschlussöffnungen an einem Wärmeaustauscherverteiler bereitgestellt, bei welchem die Steigrohre aus dem umgebenden Material des Verteilerrohres durch Rückwärts-Fließpressen derart geformt werden, dass nachfolgende Behandlungsschritte zur weiterreichenden Konturenbegrenzung und Fertigstellung der Anschlussöffnung unnötig sind. Die Erfindung ist in der Lage eine innere Abschrägung an jedem Steigrohr zu erzeugen, um auf diese Weise den Zusammenbau der Wärmeaustauschersrohre mit den Anschlussöffnungen zu vereinfachen, sowie auch die Festigkeit der Verbindung der Rohre mit den Anschlussöffnungen zu steigern.According to the present invention, a method is provided for forming port openings on a heat exchanger manifold, in which the risers are formed from the surrounding material of the manifold by reverse extrusion such that subsequent treatment steps for further contour definition and finishing of the port opening are unnecessary. The invention is able to produce an internal bevel on each riser to This will simplify the assembly of the heat exchanger tubes with the connection holes and also increase the strength of the connection of the tubes with the connection holes.

Das Verfahren nach dieser Erfindung beinhaltet im Allgemeinen das Bereitstellen eines Verteilerrohres mit einem darin derart geformten Durchgang, dass dieser Durchgang eine erste Wand in einem ersten Bereich des Verteilerrohres und eine zweite Wand in einem gegenüberliegenden zweiten Bereich des Verteilerrohrs begrenzt. Das Verteilerrohr wird dann in einer ersten Stempelhälfte angeordnet, dessen Vertiefung mit der zweiten Wand des Verteilerrohres eng zusammenpasst. Eine zweite Stempelhälfte wird dann mit der ersten Stempelhälfte vereinigt, um so einen Teil der ersten Wand durch Rückwärts- Fließpressen in einen Steigrohrhohlraum in der zweiten Stempelhälfte zu pressen, wodurch ein erhöhter Teil an dem Verteilerrohr ausbildet wird. Vorzugsweise passt sich die Vertiefung der ersten Stempelhälfte genügend an die zweite Wand des Verteilerrohres an, um einen Materialfluss an der zweiten Wand zu vermeiden, so dass nur ein örtlicher Materialfluss an der ersten Wand des Verteilerohres vorkommt. Anschließend und während das Verteilerohr in der Stempelvertiefung verbleibt, wird ein Stanzstempel durch den Steigrohrhohlraum hindurch und hinein in den erhöhten Teil in einer Richtung hin zum Verteilerrohr gestoßen, um so den erhöhten Teil durch Rückwärts-Fließpressen zu verteilen. Dieser Schritt bewirkt, dass der erhöhte Teil in eine Richtung fließt, welche entgegengesetzt zu der Richtung des Stanzstempels verläuft, und so ein Steigrohr produziert mit einem inneren Durchmesser, der durch den Stanzstempel festgelegt wird, und mit einer äußeren Oberfläche, die durch die Vertiefung in der zweiten Stempelhälfte festgelegt wird. Zusätzlich kann eine innere Abschrägung an der inneren Bohrung des Steigrohres geformt werden, um den Zusammenbau des Rohres mit dem Steigrohr zu vereinfachen. Die Genauigkeit des Stanzvorganges liefert Steigrohre, die keine weitere Formgebungsbearbeitung oder Fertigbearbeitung benötigen, um den Steigrohren die richtigen Dimensionen zu verleihen oder um die Abschrägung zu formen.The method of this invention generally involves providing a manifold having a passageway formed therein such that the passageway defines a first wall in a first region of the manifold and a second wall in an opposite second region of the manifold. The manifold is then placed in a first die half having a recess which closely matches the second wall of the manifold. A second die half is then joined to the first die half so as to back extrude a portion of the first wall into a riser cavity in the second die half, thereby forming a raised portion on the manifold. Preferably, the recess of the first die half conforms sufficiently to the second wall of the manifold to prevent material flow at the second wall so that only localized material flow occurs at the first wall of the manifold. Thereafter, and while the manifold tube remains in the die cavity, a punch is pushed through the manifold cavity and into the raised portion in a direction toward the manifold tube so as to distribute the raised portion by reverse extrusion. This step causes the raised portion to flow in a direction opposite to the direction of the punch, thus producing a manifold tube with an inner diameter defined by the punch and an outer surface defined by the cavity in the second half of the punch. In addition, an inner bevel may be provided on the inner bore. of the riser to simplify assembly of the tube to the riser. The precision of the stamping process produces risers that do not require any further forming or finishing operations to give the risers the correct dimensions or to form the bevel.

Aus der obigen Darstellung kann man erkennen, dass das Verfahren dieser Erfindung ein vereinfachtes Verfahren zum Formen von Anschlussöffnungen an Rohren an einem Verteiler für Wärmeaustauscher liefert. Insbesondere benötigt es eine minimale Anzahl an Verfahrensschritten, um eine fertige Anschlussöffnung zu erzeugen, wobei alle grundlegenden Verformungsschritte an einer Schmiedestation mit einer einzelnen Stempelvertiefung stattfinden. Die fertige Anschlussöffnung wird derart geformt, das sie ein Steigrohr enthält, das die Menge an Material erhöht, das zur Verfügung steht zum Ankuppeln und Verbinden mit einem Rohr eines Wärmeaustauschers, wodurch die Festigkeit der Verbindung zwischen der Anschlussöffnung und dem Rohr gesteigert wird. Wichtig ist, dass der primäre Vorgang im Verlaufe dessen die Anschlussöffnung geformt wird, stattfindet während der Stempel geschlossen ist, wodurch die dem Stand der Technik anhaftende Notwendigkeit des Einsatzes einer der Hälften des Stempels als den Stanzstempel zum Formen der Anschlussöffnung beseitigt wird. Somit findet eine minimale Belastung während des Schließens der Stempelhälften statt und die Stempel können so ausgestaltet werden, dass sie weniger empfindlich gegen eine Abnutzung sind. Weiterhin werden die Stempelhälften und der Stanzstempel vorzugsweise so ausgelegt, dass sie nur einen örtlichen Materialfluss an der Oberfläche aus welcher das Steigrohr geformt wird verursachen, dies auf eine Art und Weise welche die dimensionale Gleichförmigkeit und Festigkeit der Öffnung steigert.From the above it can be seen that the method of this invention provides a simplified method for forming port holes on tubes on a heat exchanger manifold. In particular, it requires a minimum number of process steps to produce a finished port hole, with all of the basic forming steps taking place at a forging station with a single die cavity. The finished port hole is formed to include a riser which increases the amount of material available for coupling and joining to a heat exchanger tube, thereby increasing the strength of the connection between the port hole and the tube. Importantly, the primary process during which the port hole is formed takes place while the die is closed, thereby eliminating the prior art need to use one of the die halves as the punch to form the port hole. Thus, minimal stress occurs during closure of the punch halves and the punches can be designed to be less susceptible to wear. Furthermore, the punch halves and the punch are preferably designed to cause only localized material flow at the surface from which the riser is formed, in a manner which increases the dimensional uniformity and strength of the opening.

Über andere Zeile und Vorteile dieser Erfindung kann man sich besser Rechenschaft ablegen aufgrund der nachfolgenden detaillierten Beschreibung.Other features and advantages of this invention can be better understood from the following detailed description.

BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS

Die obigen und andere Vorteile dieser Erfindung werden klarer ersichtlich aus der nachfolgenden Beschreibung, die in Verbindung mit den begleitenden Zeichnungen gegeben wird, Zeichnungen in welchen:The above and other advantages of this invention will become more clearly apparent from the following description taken in conjunction with the accompanying drawings, drawings in which:

die Abb. 1 bis 6 die Verfahrensschritte darstellen, die das Formen einer Anschlussöffnung eines Wärmeaustauscherrohres in einem Verteiler nach sich ziehen, dies in Übereinstimmung mit einer ersten Ausführungsform dieser Erfindung; undFigures 1 to 6 illustrate the process steps that entail forming a heat exchanger tube connection opening in a manifold, in accordance with a first embodiment of this invention; and

die Abb. 7 bis 10 die Verfahrensschritte darstellen, die das Formen einer Anschlussöffnung eines Wärmeaustauscherrohres in einem Verteiler nach sich ziehen, dies in Übereinstimmung mit einer zweiten Ausführungsform dieser Erfindung.Figures 7 to 10 illustrate the process steps that involve forming a connection opening of a heat exchanger tube in a manifold, in accordance with a second embodiment of this invention.

DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENT

In den Abb. 1 bis 6 ist ein Verfahren dargestellt, das in Übereinstimmung steht mit einer ersten Ausführungsform dieser Erfindung zum Formen von Anschlussöffnungen in Rohren 12 (Abb. 3 bis 6) an einem Verteiler eines Wärmeaustauschers 14. Während in den Querschnittsansichten der Abb. 1 bis 6 nur zwei Anschlussöffnungen 12 dargestellt sind, kann jede beliebige Anzahl von Anschlussöffnungen 12 gleichzeitig entlang der Länge des Verteilers 14 in Übereinstimmung mit dem Verfahren der vorliegenden Erfindung geformt werden, wie ein Vorschlag hierfür aus der Querschnittsansicht der Abb. 2B ersichtlich ist. Wie es aus diesen Abbildungen ersichtlich ist, sind die Anschlussöffnungen 12 so ausgelegt, dass sie jeweils ein Steigrohr 24 enthalten, das durch Rückwärts-Fließpressen in einem Zweischrittvorgang aus dem umgebenden Material des Verteilers 14 gepresst wird, derart dass nachfolgende maschinelle Schritte zum weiteren Abgrenzen und Fertigbearbeiten der Anschlussöffnung 12 unnötig werden. Wie gezeigt ist der dargestellte Verteiler 14 im Allgemeinen von der Art, die ein Paar von Durchgängen 15 enthält, durch die ein Kühlmittel fließt, wenn dieses zwischen den (nicht gezeigten) Rohren des Wärmeaustauschers hindurchgeleitet wird. Der Verteiler 14 ist vorzugsweise aus einer geeigneten Aluminiumlegierung geformt, obwohl andere Legierungen verwendet werden können, und der Bereich dieser Erfindung kann nicht auf irgendeine bestimmte Legierung begrenzt werden. Darüber hinaus, während das in den Abb. 1 bis 6 dargestellte Verteilerrohr 14 besonders geeignet ist für die Ausübung dieser Erfindung, sind zahlreiche Variationen der gezeigten Konfiguration vorhersehbar, wie dies offensichtlich wird aufgrund der erfindungsgemäßen Ausführungsform, die in den Abb. 7 bis 10 dargestellt wird.1-6 illustrate a method in accordance with a first embodiment of this invention for forming port holes in tubes 12 (Figs. 3-6) on a manifold of a heat exchanger 14. While only two port holes 12 are illustrated in the cross-sectional views of Figs. 1-6, any number of port holes 12 may be simultaneously formed along the length of the manifold 14 in accordance with the method of the present invention, as suggested by the cross-sectional view of Fig. 2B. As can be seen from these figures, the Port openings 12 are designed to each include a riser tube 24 which is back extruded from the surrounding material of the manifold 14 in a two-step operation such that subsequent machining steps to further define and finish the port opening 12 are unnecessary. As shown, the manifold 14 shown is generally of the type which includes a pair of passages 15 through which a coolant flows as it passes between the tubes (not shown) of the heat exchanger. The manifold 14 is preferably formed from a suitable aluminum alloy, although other alloys may be used and the scope of this invention cannot be limited to any particular alloy. Moreover, while the manifold tube 14 shown in Figs. 1-6 is particularly suitable for the practice of this invention, numerous variations of the configuration shown are foreseeable as will become apparent from the embodiment of the invention shown in Figs. 7-10.

Abb. 1 veranschaulicht einen ersten Verfahrensschritt in dem das Verteilerrohr 14 in einer unteren Stempelhälfte 18b angeordnet worden ist, dessen Vertiefung 13 sich eng an die untere Oberfläche und an die beiden Seiten des Verteilerrohres 14 anpasst. Vorzugsweise passt sich die Vertiefung 13 in der unteren Stempelhälfte 18b ausreichend an die untere Oberfläche und an die Seiten des Verteilerrohres 14 an, um zu vermeiden dass Material in diesen Bereich des Verteilerrohres 14 fließt, derart dass ein örtlicher Materialfluss nur an der freiliegenden oberen Oberfläche 30 des Verteilerrohres 14 eintreten kann. Die obere Oberfläche 30 des Verteilerrohres 14 wird als eine Ebene dargestellt, um auf diese Weise eine stabile deformierbare Oberfläche zu bilden und eine größere Wanddicke zu ergeben als diejenige an der gegenüberliegend angeordneten unteren Oberfläche des Verteilerrohres 14. Die größere Wanddicke an der oberen Oberfläche 30 liefert das Material, aus dem die Steigrohre 24 anschließend geformt werden. Ebenfalls in der Abb. 1 wird die zugehörige obere Stempelhälfte 18a gezeigt, Abbildung in welcher ein Paar von Stanzstempeln 20 dargestellt ist, welche in einem entsprechenden Paar von Bohrungen 16 aufgenommen werden. Die Stanzstempel 20 können mit Hilfe irgendeines geeigneten Mittels betätigt werden, das in der Lage ist die Stanzstempel 20 mit einer ausreichenden Kraft selektiv zu betätigen, um so die obere Fläche 30 des Verteilerrohres 14 zu verformen. Ein sich nach unten ausdehnender ebener Rand 32 ist an der unteren Oberfläche der oberen Stempelhälfte 18a vorhanden und ist dimensioniert um in der Vertiefung 13, die durch die untere Stempelhälfte 18b gebildet wird, aufgenommen zu werden. Der Rand 32 umrandet jedes Paar der Bohrungen 16 und ist dimensioniert, um sich nur leicht in die Vertiefung 13 hinein zu erstrecken, wie dies in Abb. 1A gezeigt wird.Fig. 1 illustrates a first process step in which the distributor tube 14 has been arranged in a lower die half 18b, the recess 13 of which closely conforms to the lower surface and to the two sides of the distributor tube 14. Preferably, the recess 13 in the lower die half 18b conforms sufficiently to the lower surface and to the sides of the distributor tube 14 to prevent material from flowing into this area of the distributor tube 14, such that a local flow of material can only occur at the exposed upper surface 30 of the distributor tube 14. The upper surface 30 of the distributor tube 14 is shown as a plane in order to form a stable deformable surface and to provide a greater wall thickness than that on the oppositely disposed lower surface of the manifold 14. The greater wall thickness on the upper surface 30 provides the material from which the risers 24 are subsequently formed. Also shown in Figure 1 is the associated upper die half 18a, which shows a pair of punches 20 received in a corresponding pair of bores 16. The punches 20 may be actuated by any suitable means capable of selectively actuating the punches 20 with sufficient force so as to deform the upper surface 30 of the manifold 14. A downwardly extending planar rim 32 is provided on the lower surface of the upper die half 18a and is dimensioned to be received in the recess 13 formed by the lower die half 18b. The rim 32 surrounds each pair of holes 16 and is dimensioned to extend only slightly into the recess 13, as shown in Fig. 1A.

Die Abb. 2A und 2B stellen einen zweiten Schritt des Verfahrens zur Bildung der Anschlussöffnung dar, in dem die obere Stempelhälfte 18a mit der unteren Stempelhälfte 18b in Eingriff gebracht worden ist, um so Teile 22 der oberen Oberfläche 30 des Verteilerrohres durch Rückwärts-Fließpressen in die Bohrungen 16 in der oberen Stempelhälfte 18a zu pressen. Für diesen Schritt wird ein Formkern 17 in jedem Durchgang 15 angeordnet, um zu verhindern, dass die Durchgänge 15 verformt werden oder zusammenbrechen. Der Rand 32 und die Vertiefung 13 der oberen und der unteren Stempelhälfte 18a bzw. 18b werden derart geformt, dass nur Material von der ebenen oberen Oberfläche 30 des Verteilerrohres 14 unbehindert in die Bohrungen 16 fließt. Wie in der Abb. 2A gezeigt, passt sich der Rand 32 in die Vertiefung 13, die durch die untere Stempelhälfte 18b gebildet wird, an und tritt mit der oberen Oberfläche 30 des Verteilerrohres 14 auf solche Weise in Kontakt, dass ein mittlerer Bereich der oberen Oberfläche 30 durch Rückwärts-Fließpressen in die Bohrungen 16 in der oberen Stempelhälfte 18a gepresst wird. Wie in der Abb. 2H gezeigt, beinhaltet die obere Stempelhälfte 18a ferner Vorsprünge 36 zwischen benachbarten Paaren von Bohrungen 16, was dem Metallfluss hinein in die Bohrungen 16, ausgehend von der oberen Oberfläche 30 des Verteilerrohres 14, den Vorteil gibt. In Verbindung mit dem Rand 32 ermöglichen es die Vorsprünge 36 der oberen Stempelhälfte 18a örtlich Material von der oberen Oberfläche 30 zu sammeln und dieses Material durch Fließpressen in die Bohrungen 16 zu bringen, dies mit einer minimalen Auswirkung auf das Material, das sich anderswo in dem Verteilerrohr 14 befindet. Im Gegensatz hierzu dient die untere Stempelhälfte 18b im Wesentlichen als Behälter für den Rest des Verteilerrohres 14 im Verlaufe des Fließpressvorgangs.Figures 2A and 2B illustrate a second step in the port forming process in which the upper die half 18a has been engaged with the lower die half 18b so as to back extrude portions 22 of the manifold upper surface 30 into the bores 16 in the upper die half 18a. For this step, a mold core 17 is placed in each passage 15 to prevent the passages 15 from becoming deformed or collapsing. The rim 32 and recess 13 of the upper and lower die halves 18a and 18b, respectively, are shaped such that only material from the flat upper surface 30 of the manifold 14 flows freely into the bores 16. As shown in Figure 2A, the rim 32 fits into the recess 13 formed by the lower punch half 18b and contacts the upper surface 30 of the manifold 14 in such a manner that a central region of the upper surface 30 is back extruded into the bores 16 in the upper punch half 18a. As shown in Fig. 2H, the upper punch half 18a further includes projections 36 between adjacent pairs of bores 16 which favor the flow of metal into the bores 16 from the upper surface 30 of the manifold 14. In conjunction with the rim 32, the projections 36 enable the upper punch half 18a to locally collect material from the upper surface 30 and extrude that material into the bores 16 with minimal impact on material located elsewhere in the manifold 14. In contrast, the lower punch half 18b essentially serves as a container for the remainder of the distributor pipe 14 during the extrusion process.

Das Schließen der Stempelhälften 18a und 18b formt die Steigrohre 24 nicht, sondern nur die fließgepressten Teile 22. An sich werden die Stanzstempel 20 während des Fließpressens nicht abgebogen. Weiterhin dient die untere Stempelhälfte 18b lediglich als feste Plattform, an der das Rückwärts- Fließpressverfahren durchgeführt wird, wodurch die Apparatur für das Rückwärts-Fließpressen und das entsprechende Verfahren entscheidend vereinfacht werden. Insbesondere die zugehörigen Oberflächen der oberen und unteren Stempelhälften 18a und 18b benötigen keine vorstehenden Außenoberflächenmerkmale, die in der Lage sind einen Materialfluss durch die Vertiefung 13 hindurch zu verursachen, und neigen deshalb viel weniger zu einer Abnutzung während des Schließens der Stempel und des Fließpressens der Teile 22. Ein Abnutzen der zugehörigen Oberflächen der Stempelhälften 18a und 18b wird noch weitergehender minimiert weil die obere Oberfläche 30 des Verteilerrohres 14 vor dem Fließpressen der Teile 22 eben ist und auch eben bleibt in denjenigen Bereichen, welche die Steigrohre 24 umgeben, derart, dass der Rand 32 in erster Linie dazu dient eine Barriere gegen einen Materialfluss darzustellen und nicht notwendig ist um insbesondere das Verteilerrohr 14 zu verformen.Closing of the punch halves 18a and 18b does not form the risers 24, but only the extruded parts 22. As such, the punches 20 are not bent during extrusion. Furthermore, the lower punch half 18b serves only as a fixed platform on which the reverse extrusion process is carried out, thereby significantly simplifying the apparatus for reverse extrusion and the corresponding process. In particular, the associated surfaces of the upper and lower punch halves 18a and 18b do not require any protruding outer surface features capable of causing material flow through the recess 13 and are therefore much less prone to wear during closing of the punches and extrusion of the parts 22. Wear of the associated surfaces of the punch halves 18a and 18b is still further minimized because the upper surface 30 of the manifold 14 is flat prior to extrusion of the parts 22 and remains flat in those areas surrounding the risers 24, such that the edge 32 serves primarily to provide a barrier to material flow and is not necessary to deform the manifold 14 in particular.

Abb. 3 veranschaulicht den nächsten Schritt bei dem die Stanzstempel 20 nach unten betätigt werden, durch ihre entsprechenden Bohrungen 16 und in die fließgepressten Teile 22 hinein, wodurch ein weiteres Rückwärts-Fließpressen der Teile 22 stattfindet, um rohrförmige Steigrohre 24 zu formen, wahrend eine dünne Wand 26 an dem Hoden eines jeden sich ergebenden Steigrohres 24 zurückbleibt. Dieser Vorgang wird durchgeführt während die Stempelhälften 18a und 18b unter hohem Druck geschlossen bleiben. Wie aus der Abb. 3 ersichtlich ist, fließen die extrudierten Teile 22 in eine Richtung, die entgegengesetzt ist zu der Richtung in der sich die Stanzstempel 20 bewegen, derart, dass innere Bohrungen im Innern der Steigrohre 24 durch die Stanzstempel 20 festgelegt werden und die äußeren Oberflächen der Steigrohre 24 durch die Bohrungen 16 begrenzt werden. Die Genauigkeit dieses Stanzvorganges liefert Steigrohre 24, die keine weitere maschinelle Formgebung oder Endbearbeitung benötigen, sondern die genau dimensioniert und geformt sind, um mit denjenigen Rohren zusammenzupassen, die dazu bestimmt sind mit dem Verteiler 14 zusammengebaut zu werden. Es wurde gefunden, dass die Genauigkeit und die Anpassungsfähigkeit des Verfahrens besonders dadurch gesteigert werden, dass man bewegliche Stanzstempeln 20 zum Einsatz bringt, im Gegensatz zu den stationären Kernen, die gemäß dem Stand der Technik empfohlen werden, sowie durch die Fähigkeit die Weglänge welche die Stanzstempeln 20 durchlaufen einfach anpassen zu können, um so die Höhe der Steigrohre 24 zu verändern.Figure 3 illustrates the next step in which the punches 20 are actuated downwardly through their respective bores 16 and into the extruded parts 22, thereby further extruding the parts 22 backwards to form tubular risers 24 while leaving a thin wall 26 at the base of each resulting riser 24. This operation is carried out while the punch halves 18a and 18b remain closed under high pressure. As can be seen from Figure 3, the extruded parts 22 flow in a direction opposite to the direction in which the punches 20 are moving such that internal bores inside the risers 24 are defined by the punches 20 and the external surfaces of the risers 24 are defined by the bores 16. The accuracy of this punching operation provides riser tubes 24 which do not require further machining or finishing, but are precisely dimensioned and shaped to mate with the tubes intended to be assembled with the manifold 14. It has been found that the accuracy and adaptability of the process are particularly enhanced by the use of movable punches 20, as opposed to the stationary cores recommended in the prior art, and by the ability to control the length of travel which the Punching dies 20 can be easily adjusted in order to change the height of the riser pipes 24.

Als nächstes werden die Stanzstempel 20 zurückgezogen und die Stempelhälften 18a und 18b werden getrennt, wie in der Abb. 4 gezeigt ist, während das Verteilerohr 14 mit dem Stanzstempel 20 verbunden bleibt. Hinterher wird ein Abstreifwerkzeug 28 zwischen das Verteilerrohr 14 und die obere Stempelhälfte 18a eingebracht und das Verteiletrohr 14 wird von dem Stanzstempel 20 abgezogen, wie in der Abb. 5 gezeigt. Abb. 6 veranschaulicht einen abschließenden Bearbeitungsschritt in welchem die dünnen Wände 26 zwischen den Steigrohren 24 und dem Verteilerrohr 14 durch einen Lochstempel 28 durchlöchert werden. Dieser Schritt kann durchgeführt werden mit Hilfe der gleichen unteren Stempelhälfte 18b, die mit einer unterschiedlichen oberen Stempelhälfte 18c gekuppelt ist, welche mit dem Lochstempel 28 ausgestattet ist. Für diesen Vorgang werden die Formkerne 17 aus den Durchgängen 15 entfernt, so wie es dargestellt ist, um es dem Lochstempel 28 zu erlauben, die Wände 26 des Verteilerrohres 14 vollständig zu durchlöchern.Next, the punches 20 are withdrawn and the punch halves 18a and 18b are separated, as shown in Fig. 4, while the manifold tube 14 remains connected to the punch 20. Thereafter, a stripping tool 28 is inserted between the manifold tube 14 and the upper punch half 18a and the manifold tube 14 is pulled off the punch 20, as shown in Fig. 5. Fig. 6 illustrates a final processing step in which the thin walls 26 between the risers 24 and the manifold tube 14 are pierced by a punch 28. This step can be carried out using the same lower punch half 18b coupled to a different upper punch half 18c equipped with the punch 28. For this operation, the mold cores 17 are removed from the passages 15 as shown to allow the punch 28 to completely pierce the walls 26 of the manifold 14.

Aus dem oben Gesagten kann man ersehen, dass das obige Verfahren ein einfaches aber dennoch dauerhaftes Verfahren zum Formen der Anschlussöffnung eines Rohres 12 an dem Verteiler eines Wärmeaustauscher 14 liefert. Insbesondere wird nur eine minimale Anzahl an Verfahrensschritten zum Produzieren einer fertigen Anschlussöffnung 12 benötigt, wobei alle grundlegenden Formungsschritte an einer Schmiedestation mit einer einzelnen Stempelvertiefung 13 stattfinden. Die fertige Anschlussöffnung 12 wird so geformt, das sie ein Steigrohr 24 umfasst, welche die Menge an verfügbarem Material zum Einkuppeln und zum Verbinden an einem Wärmeaustauscherrohr, das nachträglich mit dem Verteilerrohr 14 zusammengesetzt wird, erhöht; was die Festigkeit der Verbindung zwischen der Anschlussöffnung 12 und dem Rohr steigert. Wichtig ist, dass der primäre Vorgang während dessen die Anschlussöffnung 12 geformt wird stattfindet während der Stempel geschlossen ist, derart, dass nur eine minimale Belastung während des Schließens der Stempelhälften 18a und 18b eintritt, was den Einsatz von Stempeln erlaubt, deren Konfigurationen eine verringerte Anfälligkeit gegen Abnutzung zeigen. Zusätzlich verursacht der Rückwärts-Fließpressvorgang nur einen örtlichen Materialfluss an der Oberfläche 30, aus der das Steigrohr 24 geformt wird, so dass die dimensionale Gleichförmigkeit der Anschlussöffnung 12 gefördert wird.From the above, it can be seen that the above method provides a simple yet durable method for forming the port of a tube 12 on the manifold of a heat exchanger 14. In particular, only a minimal number of process steps are required to produce a finished port 12, with all of the basic forming steps taking place at a forging station with a single die cavity 13. The finished port 12 is formed to include a riser 24 which increases the amount of material available for engagement and connection to a heat exchanger tube which is subsequently assembled with the manifold tube 14. is increased; which increases the strength of the connection between the port 12 and the pipe. Importantly, the primary operation during which the port 12 is formed takes place while the punch is closed, such that only minimal stress occurs during the closing of the punch halves 18a and 18b, allowing the use of punches whose configurations exhibit reduced susceptibility to wear. In addition, the reverse extrusion process causes only localized material flow at the surface 30 from which the riser pipe 24 is formed, thus promoting dimensional uniformity of the port 12.

Die Abb. 7 bis 10 stellen eine zweite Ausführungsform dieser Erfindung dar, gemäß welcher eine Abschrägung 136 an einem durch Rückwärts-Fließpressen erzeugten Steigrohr 124 geformt wird, um den Zusammenbau eines Rohres mit einem Verteilerohr 114 eines Wärmeaustauschers zu vereinfachen. Das Rückwärts-Fließpressverfahren ist im Allgemeinen das gleiche wie dasjenige gemäß der ersten Ausführungsform, jedoch wird es mit einem Verteilerohr 114 erläutert, welches sich in der Erscheinungsform von dem in den Abb. 1 bis 6 gezeigten Verteilerrohr 14 unterscheidet. Wie bei der ersten Ausführungsform besteht der erste Schritt dieser Ausführungsform darin das Verteilerohr 114 in einer unteren Stempelhälfte 118b zu positionieren, dessen Vertiefung 113 eng an die untere Hälfte des Verteilerrohres 114 angepasst ist. Vorzugsweise passt sich die Vertiefung 113 genügend an die untere Hälfte des Verteilerrohres 114 an, um den Materialfluss in diesem Bereich des Verteilerrohres 114 zu vermeiden, und zwar so, dass ein örtlicher Materialfluss nur an der freiliegenden oberen Hälfte 130 des Verteilerrohres 114 vorkommen kann. Die obere Hälfte 130 des Verteilerrohres 114 besitzt vorteilhafter eine größere Wandstärke als die untere Hälfte des Verteilerrohres 114, um zusätzliches Material aus dem das Steigrohr 124 nachträglich geformt werden kann zu liefern. Ein Formkern 117a wird in einem Durchgang 115 angeordnet, der in dem Verteilerohr 114 ausgebildet ist, um zu verhindern, dass der Durchgang 115 verformt wird oder zusammenbricht, und zwar während der nachfolgenden Verfahrensschritte im Verlaufe derer das Steigrohr 124 aus der oberen Hälfte 130 des Verteilerrohres 114 geformt wird. Ebenso dargestellt ist die zugehörige Stempelhälfte 118a in der ein Stanzstempel 120 gezeigt wird, wie er in einer Bohrung 116 aufgenommen wird.Figures 7 to 10 illustrate a second embodiment of this invention in which a bevel 136 is formed on a back extruded riser tube 124 to facilitate assembly of a tube to a header tube 114 of a heat exchanger. The back extrusion process is generally the same as that of the first embodiment, but will be explained with a header tube 114 which differs in appearance from the header tube 14 shown in Figures 1 to 6. As with the first embodiment, the first step of this embodiment is to position the header tube 114 in a lower die half 118b having a recess 113 which closely matches the lower half of the header tube 114. Preferably, the recess 113 conforms sufficiently to the lower half of the distributor tube 114 to prevent material flow in this area of the distributor tube 114, such that local material flow can only occur at the exposed upper half 130 of the distributor tube 114. The upper half 130 of the distributor tube 114 advantageously has a greater wall thickness than the lower half of the manifold tube 114 to provide additional material from which riser tube 124 can be subsequently formed. A mold core 117a is placed in a passage 115 formed in manifold tube 114 to prevent passage 115 from becoming deformed or collapsing during subsequent process steps in which riser tube 124 is formed from upper half 130 of manifold tube 114. Also shown is the associated die half 118a in which a punch 120 is shown being received in a bore 116.

Abb. 8 stellt einen zweiten Schritt bei dem Rückwärts- Fließpressverfahren dar bei dem die obere Stempelhälfte 118a an die untere Stempelhälfte 118b angekuppelt worden ist, um so durch Rückwärts-Fließpressen einen erhöhter Teil 122 in die Bohrung 116 in der oberen Stempelhälfte 118a zu pressen. Die obere und untere Stempelhälften 118a und 118b sind derart geformt, dass nur das Material von der oberen Hälfte 130 des Verteilerrohres 114 ungehindert in die Bohrungsdurchmesser 116 fließen kann. Wie bei der ersten Ausführungsform ist es nicht das Schließen der Stempelhälften 118b und 118b, welches das Steigrohr 124 formt, sondern nur der erhöhte Teil 122, und zwar so, dass weder die eine noch die andere der beiden Stempelhälften 118a und 118b notwendigerweise ein hervorstehendes Oberflächenmerkmal haben muss, welches als ein Stanzstempel zum Verformen des Verteilerohres 114 in dem Ausmaße dient wie es bei dem Stand der Technik erfordert ist. Bemerkenswerterweise ist ein Außenoberflächenmerkmal, wie z. B. der Rand 32 bei der ersten Ausführungsform, vollständig abwesend an den zusammenpassenden Oberflächen der Stempelhälften 118a und 118b, was zu einem vollständigen Beseitigen von Kanten und Ecken führt, welche andernfalls eine Empfindlichkeit gegenüber Abnutzung gezeigt hätten.Fig. 8 illustrates a second step in the back extrusion process in which the upper punch half 118a has been coupled to the lower punch half 118b to back extrude a raised portion 122 into the bore 116 in the upper punch half 118a. The upper and lower punch halves 118a and 118b are shaped such that only the material from the upper half 130 of the manifold 114 can flow unhindered into the bore diameters 116. As with the first embodiment, it is not the closure of the die halves 118a and 118b that forms the riser tube 124, but only the raised portion 122, such that neither of the two die halves 118a and 118b need necessarily have a protruding surface feature that serves as a punch for deforming the manifold tube 114 to the extent required by the prior art. Notably, an external surface feature, such as the rim 32 in the first embodiment, is completely absent from the mating surfaces of the die halves 118a and 118b, resulting in a complete elimination of edges and corners that would otherwise have exhibited a sensitivity to wear.

Abb. 9 und 10 illustrieren die nächsten Schritte dieses Verfahrens, in dem der Stanzstempel 120 durch die Bohrung 116 hindurch und in den erhöhten Teil 122 hinein nach unten bewegt wird, so dass ein den erhöhten Teil 122 umgebender Bereich einem Rückwärts-Fließpressen unterzogen wird, um so das Steigrohr 124 zu formen, während gleichzeitig der verbliebene zentrale Bereich 126 der Verteilerrohrwand im Innern des Steigrohrs 124 entfernt wird, um eine Anschlussöffnung 132 zu formen. Dieser Vorgang kann durchgeführt werden mit einem Formkern 117b der verschieden ist von demjenigen, der benutzt worden ist als der erhöhte Teil 122 geformt worden ist (Abb. 8), so dass eine Aushöhlung 134 unter einem jeden erhöhten Teil 122 an dem Dorn 114 vorhanden ist, um an das Ende des Stanzstempels 120 angepasst zu sein. Alternativ könnte der ursprüngliche Dorn 117a benutzt werden, jedoch in Längsrichtung gewendet, um eine darin geformte Aushöhlung 134 mit dem erhöhten Teil 122 auszurichten. Der Stanzstempel 120 wird dann zurückgezogen und die Stempelhälften 118a und 118b getrennt (nicht gezeigt), um es dem Verteilerrohr 114 zu erlauben von den Stempelhälften 118a und 118b entfernt zu werden.Figures 9 and 10 illustrate the next steps of this process in which the punch 120 is moved downward through the bore 116 and into the raised portion 122 so that an area surrounding the raised portion 122 is reverse extruded to form the riser 124 while simultaneously removing the remaining central portion 126 of the manifold wall inside the riser 124 to form a port opening 132. This process can be carried out with a mold core 117b different from that used when forming the raised portion 122 (Figure 8) so that a cavity 134 is provided under each raised portion 122 on the mandrel 114 to accommodate the end of the punch 120. Alternatively, the original mandrel 117a could be used, but turned lengthwise to align a cavity 134 formed therein with the raised portion 122. The punch 120 is then retracted and the punch halves 118a and 118b separated (not shown) to allow the manifold 114 to be removed from the punch halves 118a and 118b.

Wie es aus der Abb. 10 ersehen werden kann, ist das Steigrohr 124 viel kleiner als das Steigrohr 24 aus den Abb. 1 bis 6, und es ergibt sich das Erscheinungsbild eines Kragens, der die Anschlussöffnung 132 in dem Verteilerrohr 114 umgibt. Weiterhin ist das Steigrohr 124 derart geformt, dass es eine innere Abschrägung 136 besitzt, welche den Zusammenbau des Rohres in der von dem Steigrohr 124 gebildeten Öffnung 132 erleichtert. Wichtig ist, dass die Abschrägung 136 aber nur an dem Steigrohr 124 geformt wird; deshalb liegt sie über der Öffnung 132 deren innere Oberfläche mit der äußeren Oberfläche des Wärmeaustauscherrohres in Eingriff treten muss, Wärmeaustauscherrohr das während des Zusammenbaus des Wärmeaustauschers in die Anschlussöffnung 132 eingeführt wird. An sich vermindert das Vorhandensein der Abschrägung 136 an dem Verteilerohr 114 die radiale Wanddicke des Verteilerohrs 114 in dem das Steigrohr 124 unmittelbar umschreibenden Bereich nicht. Folglich schwächt die Abschrägung 136 die Verbindung von Verteilerrohr mit Anschlussöffnung nicht, andererseits fördert sie aber die Leichtigkeit mit der das Verteilerrohr 114 mit seinen Rohren zusammengebaut wird.As can be seen from Fig. 10, the riser tube 124 is much smaller than the riser tube 24 of Figs. 1 to 6, and gives the appearance of a collar surrounding the connection opening 132 in the manifold tube 114. Furthermore, the riser tube 124 is shaped to have an internal bevel 136 which facilitates the assembly of the tube in the opening 132 formed by the riser tube 124. Importantly, the bevel 136 is formed only on the riser tube 124; therefore, it lies over the opening 132 whose inner surface must engage the outer surface of the heat exchanger tube, heat exchanger tube which during assembly of the heat exchanger into the connection opening 132. As such, the presence of the bevel 136 on the distribution tube 114 does not reduce the radial wall thickness of the distribution tube 114 in the area immediately surrounding the riser tube 124. Consequently, the bevel 136 does not weaken the connection of the distribution tube to the connection opening, but on the other hand it promotes the ease with which the distribution tube 114 is assembled with its tubes.

Die Geometrie der Abschrägung 136 und der Anschlussöffnung 132 werden festgelegt durch die Stanzstempel 120, während das Äußere des Steigrohres 124 begrenzt wird durch die Bohrung 116 in der oberen Stempelhälfte 118a. Wie bei der in den Abb. 1 bis 6 dargestellten Ausführungsform ist die Genauigkeit des Stanzvorganges, der in den Abb. 7 bis 10 dargestellt ist, derartig dass das Steigrohr 124 und die Abschrägung 136 keine weitere maschinelle Verarbeitung oder Endbearbeitung benötigen, sondern sie sind genau dimensioniert und geformt um sich an ein Rohr, mit dem das Verteilerrohr 114 zusammengebaut werden soll, anzupassen. Wie in Abb. 10 dargestellt, besitzt das Steigrohr 124 eine Wanddicke die geringer ist als die ursprüngliche Wanddicke des Verteilerrohres 114, obwohl es vorhergesehen werden kann, dass ein Steigrohr 124 mit einer Wanddicke, die größer als die ursprüngliche Wanddicke des Verteilerrohres 114 ist, erzeugt werden kann. Zusätzlich wird das Steigrohr 124 gezeigt wie es über die äußere Oberfläche des Verteilerrohres 114 hinausragt, dies um eine Strecke die nicht größer ist als die Wanddicke des Verteilerrohres 114. An sich braucht nur ein Minimum an Material durch Rückwärts-Fließpressen verdrängt zu werden um das Steigrohr 124 zu formen, aber dennoch werden die oben erwähnten Vorteile des Steigrohres 124 erzielt.The geometry of the bevel 136 and the port 132 are defined by the punches 120, while the exterior of the riser 124 is defined by the bore 116 in the upper punch half 118a. As with the embodiment shown in Figures 1 through 6, the accuracy of the punching process shown in Figures 7 through 10 is such that the riser 124 and bevel 136 require no further machining or finishing, but are precisely dimensioned and shaped to conform to a pipe with which the manifold 114 is to be assembled. As shown in Figure 10, the riser tube 124 has a wall thickness that is less than the original wall thickness of the manifold tube 114, although it is foreseen that a riser tube 124 having a wall thickness greater than the original wall thickness of the manifold tube 114 can be produced. In addition, the riser tube 124 is shown extending beyond the outer surface of the manifold tube 114 by a distance not greater than the wall thickness of the manifold tube 114. As such, only a minimum of material needs to be displaced by back extrusion to form the riser tube 124, yet the above-mentioned advantages of the riser tube 124 are still achieved.

Aus dem oben Gesagten ist es ersichtlich, dass das Rückwärts- Fließpressverfahren der zweiten erfindungsgemäßen Ausführungsform die gleichen grundlegenden Vorteile liefert wie sie für die erste Ausführungsform beschrieben worden sind. Besonders die Anschlussöffnung wird so geformt, dass sie ein Steigrohr 124 einschließt, welches die Menge an dem Material erhöht das zum Ankuppeln und Verbinden mit einem Wärmeaustauscherrohr verfügbar ist, wodurch die Festigkeit der Verbindung zwischen dem Verteilerohr 114 und dem Rohr gefördert wird, und alle grundlegenden Verformungsschritte finden in einer einzigen Stempelvertiefung 113 statt, dies mit einer minimalen Belastung während des Schließens der Stempelhälften 118a und 188b, dies um den Einsatz von Stempeln zu erlauben deren Konfigurationen eine verminderte Empfindlichkeit gegenüber Abnutzen aufweisen.From the above, it can be seen that the reverse extrusion process of the second embodiment of the invention provides the same basic advantages as described for the first embodiment. In particular, the port opening is formed to include a riser tube 124 which increases the amount of material available for coupling and connecting to a heat exchanger tube, thereby promoting the strength of the connection between the manifold tube 114 and the tube, and all of the basic deformation steps take place in a single die cavity 113 with minimal stress during closure of the die halves 118a and 188b, to allow the use of dies whose configurations have reduced sensitivity to wear.

Während unsere Erfindung unter Bezugnahme auf eine bevorzugte Ausführungsform beschrieben worden ist, wird ist es offensichtlich, dass andere Formen von einem Fachmann eingesetzt werden könnten. Zum Beispiel, die Verfahrensschritte könnten geändert werden, es könnten auch andere Konfigurationen der Materialien und des Verteilerrohrs angenommen werden, welche von den oben angesprochenen abweichen, um zu einem Wärmeaustauscher zu führen der für eine ausgedehnte Anzahl an Anwendungen geeignet ist. Entsprechend darf die Reichweite unserer Erfindung nur durch die nachfolgenden Ansprüche eingegrenzt werden.While our invention has been described with reference to a preferred embodiment, it will be apparent that other forms could be employed by one skilled in the art. For example, the process steps could be changed, and other configurations of materials and manifold tube could be adopted other than those discussed above to result in a heat exchanger suitable for a wide variety of applications. Accordingly, the scope of our invention should be limited only by the following claims.

Claims

1. A method of forming a connection opening for a distribution pipe, the method including the following steps:

Providing a manifold (14) having a passage (15) formed therein, the passage defining a first wall in a first region of the manifold and: a second wall in an opposite second region of the manifold;

Arranging the distributor tube in a stamping recess (13) in a first stamping half (18b), the stamping recess being adapted to the second wall of the distributor tube;

Joining a second die half (18a) to the first die half so as to press a portion of the first wall by backward extrusion into a recess (16) in the second die half, the portion of the first wall forming a raised portion (22) on the manifold; and then

pressing a punch (20) through the recess in the second punch half and into the raised portion in a direction toward the manifold so as to subject the raised portion to reverse extrusion, the punch causing the raised portion to flow in a direction opposite to the direction of the punch so as to define a riser tube (24) having an inner bore by means of the punch and having an outer surface defined by the recess in the second punch half; and

Remove the manifold from the second punch half.

2. A method of forming a back-extrusion port on a manifold for a heat exchanger, the method including the following steps:

Providing a manifold (14) having two passages (15) formed therein, each of the passages having a first wall defining a planar outer surface (30) on a first side of the manifold and a second wall defining a curved outer surface of the manifold;

Arranging the distributor tube in a stamping recess (13) in a first stamping half (18b), the recess being adapted to the curved outer surface of the distributor tube ;

Joining a second die half (18a) to the first die half so as to press a portion of each of the first walls by reverse extrusion into the corresponding recesses (16) in the second die half, the portions of the first walls forming the stubs (22) on the distribution tube; and then

pressing the punches (20) through each of the recesses and into the stubs in a direction toward the manifold so as to subject the stubs to reverse extrusion, the punches causing the stubs to flow in a direction opposite to the direction of the punches, each of the stubs forming a respective riser (24) having an inner bore defined by the respective punch and having an outer surface defined by one of the respective recesses in the second punch halves; and

Separating the first and second punch halves; and removing the manifold from the second punch half.

3. A method according to claims 1 or 2, in which the first walls have a greater thickness than the second walls.

4. A method according to claims 1 or 2, in which the first punch half is adapted to the second walls of the manifold such that the steps of joining and pressing cause the localized material to flow to the first walls and not to the second walls.

5. A method according to claims 1 or 2, wherein the step of pressing creates a third wall (36) between each of the bores and a corresponding one of the passages in the manifold, the method further causing the step of piercing each of the third walls to form openings between the bores and the passages.

6. A method according to claim 1 or 2, wherein the second punch half has a planar surface (32) which is adapted to fit into the punch recess during the merging step, the planar surface engaging the planar outer surface of the manifold during the merging step so as to back extrude a central portion of each planar outer surface into the recesses in the second punch half.

7. A method according to claims 1 or 2, in which the second punch half causes a portion of the planar outer surface of the manifold (14) between adjacent pairs of recesses to be pressed by backward extrusion into those recesses in the second punch half.

8. A method according to claims 1 or 2, wherein the step of pressing creates an internal groove (136) on each of the risers.

9. A method of forming a tapered port on a manifold for a heat exchanger by reverse extrusion, the method including the following steps:

Providing a manifold (114) having a passage (115) formed therein, the passage defining a first wall in a first region of the manifold and a second wall in an opposite second region of the manifold;

Arranging the distributor tube in a stamping recess (113) in a first stamping half (118b), the recess being adapted to the second wall of the distributor tube;

Joining a second die half (118a) to the first die half so as to back extrude a portion of the first wall into a recess (116) in the second die half, the portion of the first wall forming a raised portion (122) on the manifold; and then

Pressing a punch (120) through the recess in the second punch half and into the raised portion in a direction toward the manifold so as to form the raised portion by reverse extrusion, the punch causing the raised portion to flow in a direction opposite to the direction of the punch so as to define by means of the punch a riser (124) having an inner bore and having an outer surface which is defined by the recess in the second punch half, the punch further comprising a inner bevel (138) which is limited to the riser tube so as not to reduce the wall thickness of the first wall in an area surrounding the riser tube.

10. The method of claim 9, wherein the die cavity is conformed to the second wall of the manifold such that the merging and pressing steps cause the localized material to flow to the first wall and not to the second wall.